Радиоэлектроника

Система бесперебойного электропитания телекоммуникационного узла


         Министерство Российской Федерации по связи и информатизации

    Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики



                          Курсовая работа на тему:

     “Система бесперебойного электропитания телекоммуникационного узла”



                                          Выполнил: студент группы С-08 ХХХ

                                          Проверил: Козляев Ю.Д



                              Новосибирск 2003г



                                 Оглавление.

   1. Анализ исходных данных,  представление  функциональной  схемы  ЭПУ  с
      отображением  на  ней  данных  задания  и   обозначений   недостающих
      параметров.
   2. Расчет параметров аккумуляторной батареи.
   3. Вычисление параметров тока и мощности всех категорий  потребителей  и
      суммарных значений максимальной и усредненной  мощности.  Выбор  типа
      ДГУ.
   4. Выбор преобразователей  электрической  энергии  для  ЭПУ  и  шкафного
      оборудования.  Вычисление   значений   рабочего   тока   всех   типов
      потребителей и  соответствующий  выбор  автоматических  выключателей.
      Заполнение карты заказа на коммутационное оборудование.
   5. Вычисление усредненного значения годового  потребления  электрической
      энергии и ожидаемой стоимости энергопотребления.
   6. Укрупненный расчет блока или модуля выпрямительного устройства.


       Задача.
       Разработать в  соответствии  с  техническим  заданием  функциональную
схему  электропитающей  установки,  рассчитать  максимальные  и  усредненные
значения  тока   и   мощности   ЭПУ,   определить   рабочие   характеристики
преобразователей     электрической     энергии,     выбрать      необходимое
распределительное  и  преобразующее  оборудование.   Индивидуальной   частью
работы  является  укрупненный  расчет  инвертора  напряжения  с   элементами
управления (ИН).
       Электропитающая установка является  одной  из  базовых  инфраструктур
телекоммуникационного узла, предназначенной для  получения  напряжения  (или
ряда     напряжений)     питания,     адаптированного     к      требованиям
телекоммуникационного   оборудования   независимо   от   качества   внешнего
электроснабжения.  Статистика  показывает,  что  суммарное   время   отказов
городской сети переменного тока составляет около 4-х часов в год,  при  этом
до 90% времени приходится  на кратковременные (до 0.5  сек)  перебои.  Ущерб
от «потери связи» в зависимости от сферы  обслуживания  исчисляется  суммами
от 10 до 800 тыс. долл. в час



       Данные:



       Тип узла – удалённый доступ. Параметры  первичного  электроснабжения:
номинальное напряжение сети (U1=380/220 В), число фаз  (m=3),  число  вводов
сети (n=1), нестабильность напряжения в %  (N1=  -  20%   +10%)  и  частотой
50Гц.



       U0=48 В;


       I0=20 А;


       = кВт;


       Sхоз=1.2 кВА;


       cos?хоз=0.7;


       cos?выпр=0.95;


       Рубп, перем. тока=0.4 кВт;


       (пр=0.85


       Число групп аккумуляторных батарей (NAB=1).


       Время аварийной работы от аккумуляторных батарей ТАВ=8 часов.


       Номинальная температура окружающей среды и её отклонения.


       Тмин=-9?С.


       Среднегодовое значение коэффициентов спроса:


       Кс(техн + зар.бат)=0.9Кс(осв)=0.6Кс(ав.осв)=0.7Кс(хоз)=0.8


       Тариф за потребляемую энергию одноставочный, С=0.8 руб/кВт час.


    1. Функциональная схема.


       Первичное напряжение сети подводится четырех  проводной  линией  (три
фазных провода А, В, С и  нейтральный  провод  N  или  PEN);  выпрямительный
модуль (4) содержит группу однофазных выпрямителей, включенных  по  входу  к
одному из фазных и нейтральному проводу сети, а по  выходу-  параллельно,  с
заземлением положительного вывода источников питания  аккумуляторный  модуль
содержит две группы батарей (АБ1, АБ2) и батарейный блок контроля и  защиты;
выходы  ЭПУ  разделены  по  возможным  категориям   потребителей;   в   щите
распределения энергии переменного тока могут быть установлены  измерительные
приборы (амперметр, вольтметр, ваттметр);  напряжение  аварийного  освещения
внутренних помещений узла формируется из напряжения  аккумуляторной  батареи
и коммутируется контактором в  автоматизированном,  вводно-распределительном
шкафу.  Схема  дает  наглядное  представление  о  составе   оборудования   и
взаимодействии элементов, хотя не определяет структуру и  необходимое  число
отдельных блоков.



       1 - шкаф вводно–распределительный с одним  вводом  городской  сети  и
резервным вводом  ДГУ.  2  -  шкаф  вводно–распределительный.3  –  установка
бесперебойного питания постоянного  тока.  4  –  модули  выпрямителей.  5  –
устройство коммутации и защиты аккумуляторных батарей.  6  -  аккумуляторная
батарея. 7 – инвертор напряжения. 9 – двигатель – генераторная установка.


       Обозначение токов: I0  –  постоянные  составляющие  тока,  аппаратуры
(апп),  аварийного  освещения  (ав.осв),  инвертора  (ин),   технологических
потребителей (техн), заряда батарей (зар), суммарный (сум).



       Рассчитаем токи, приведенные на схеме:



       [pic]А



       [pic]А



       [pic]А



       [pic]А



       2. Расчет аккумуляторной батареи.
       Определить номинальную  емкость  Сн  при  условиях:  U0=48B,  Tразр=8
часов, Iразр=36.05 A, Т=-9?C.
       Число элементов в батареи: Nэл=UБ ном /Uэл ном.=48/2.0=24
       Ёмкостью  определяют   количество   электричества,   запасаемое   или
отдаваемое  аккумулятором,  измеряемое  в  А.час.  (С=  I  х  Т).  Различают
номинальную емкость (Сн,  как  полученную  от  аккумулятора  при  нормальной
температуре  200С  в  режиме  10  часового  разряда  током  равным  величине
Iразр=0.1С  и  рабочую  (Ср=IразрТразр),  полученную  при  других  условиях.
Названные емкости связаны соотношением:
       [pic]А·час,
       где Кi=0.92 – коэффициент отдачи емкости в  зависимости  от  величины
разрядного тока, t - средняя температура элемента в град. по Цельсию.
       [pic]А·час,
       Теперь учтем, что аккумулятор за 10 лет теряет 20% своей емкости.
       Свыб=1.2·Сн=455.37 А·час.
       Так как по заданию 1 аккумуляторная батарея, то её емкость будет  490
А·час.
       Рассчитаем ток разряда:
       [pic]А;
       Аккумуляторы герметичного исполнения, с регулирующим клапаном OPZv  –
490, Hawker Oldham, Франция.
       3. Вычисление параметров тока и мощности всех категорий  потребителей
и суммарных значений максимальной и усредненной мощности. Выбор типа ДГУ.
       Двигатель-  генераторные  установки    (ДГУ)   являются   автономными
источниками   электрической   энергии,   применяемые   для    резервирования
электроснабжения узлов связи на случай отказов сети переменного тока.
       Конструктивно  ДГУ  состоит  из   двигателя   внутреннего   сгорания,
механически  соединенного  с   электрическим   генератором.   В   маломощных
установках используются бензиновые двигатели, в установках с  мощностью  6.0
и более кВт используются дизельные двигатели, в которых в  качестве  топлива
используется керосин

       Определяем активную и реактивную составляющие мощности потребления от
сети переменного тока.
       А. Выпрямительные устройства:
       [pic]
       Б. Хозяйственные нагрузки:
       [pic]
       В. Суммарные показатели потребления:
       [pic] Вт,
       [pic] В·Ар,
       [pic] ВАр
       [pic].
       Заметим, что полученная величина Sсум определяет  максимальную,  т.н.
«заявляемую»   мощность.   На   эту   величину   заключается    договор    с
энергоснабжающей  организацией,  дающей  разрешение   на   присоединение   к
ближайшей трансформаторной подстанции. С учетом  этой  мощности  вычисляется
максимальный ток ввода  и  выбирается  автоматический  выключатель  вводного
щита.
       Г. Рассчитаем заявочный ток и мощность одной фазы.
       [pic]

       Д.  Усредненное  значение  активной  мощности   нагрузок   с   учетом
коэффициентов одновременности и загрузки
       [pic]
       Е. Ориентировочное значение усредненной величины полной мощности.
       [pic] ВА.
       По данным подходящим  типом  ДГУ  является  бензиновый  G5000H(б),  с
показателями мощности – 5 кВА/4 кВт, поставщик Elteco.
  4.Выбор преобразователей электрической энергии для ЭПУ и шкафного
оборудования. Вычисление значений рабочего тока всех типов потребителей и
соответствующий выбор автоматических выключателей. Заполнение карты заказа
на коммутационное оборудование.

       а) Шкафы вводно-распределительные ШВР производства ОАО Юрьв-Польского
завода “Промсвязь”, далее ЮПЗ “Промсвязь”.
       Шкафы ШВР  предназначены  для  ввода  и  распределения  электрической
энергии  трехфазного  или  однофазного  переменного   тока   с   номинальным
напряжением 380/220В. Щиты обеспечивают защиту сети и  потребителей  энергии
от перегрузок, коротких замыканий, от перенапряжения.
       Первый ШВР:
       ШВР А У 380/10 1 1 П -
       Второй ШВР:
       ШВР А - 380/10 - - П -
       б) Выбор ЭПУ:
       Устройства   электропитания   представляют    шкафную    конструкцию,
объединяющую ряд функциональных элементов ЭПУ, выпрямительных модулей,  блок
контроля и  коммутации  аккумуляторных  батарей,  устройств  контроля  сети,
измерения тока и коммутации  нагрузки,  элементов  местной  и  дистанционной
сигнализации. Шкаф допускает размещение  в  нём  аккумуляторов  герметичного
типа. При большой емкости аккумуляторов их  размещение  предусматривается  в
дополнительных шкафах

       Uo=48 B
       Io(=85.05 А
       Я взял ИБП 1 – 48/160 с 4 выпрямителями типа ВБВ 48/30 – 2  (выходным
током 30 А). Три выпрямителя  дают  90  А  >  85.05  А  и  один  выпрямитель
запасной.

       в) Преобразователи постоянного напряжения отсутствует.
       г) Инверторы.
       Инверторы   напряжения    (ИН)    предназначены    для    обеспечения
бесперебойного питания ответственных  потребителей  напряжением  переменного
тока.  Как  правило,  к  ним  относятся  серверы,   компьютеры   обеспечения
технологического процесса, мониторинга телекоммуникационных систем.  В  ряде
случаев инверторы применяют для организации аварийного освещения  «наружных»
объектов (например, антенных мачт) осветительными  приборами,  рассчитанными
на  стандартное  напряжение  переменного  тока  220В.  Инвертор  преобразует
опорное напряжение ЭПУ в переменное напряжение гарантированного качества.
       Поскольку нам  задана  мощность  Рубп=0.4  кВт,  то  выбор  падет  на
инвертор:
       S 034.
       Заполнение опросного листа.
       Опросная карта (лист), для оформления заказа на шкаф ШВР1.

1. Номинальное напряжение вводов сети 380 В.
2. Номинальный ток вводного автомата (А): 10, 10.
3. Количество вводов: а) от сети: 1.
                                        б) от дизельной электростанции: 1.
4. Тип дизельной электростанции: стационарная.
5. Необходимость предусматривать АВР для включения АДЭС: да.
6. Необходимость контролирующих приборов:
   А. Амперметры: да, на каждом вводе.
   Б. Вольтметры: да, на каждом вводе.
   В. Счетчики электроэнергии: да, на каждом вводе.
7. Количество автоматических выключателей потребителей:
|Ток, А          |10                         |10                         |
|1ф              |                           |                           |
|3ф              |1                          |1                          |
|                |От вводного автомата       |От ДГУ                     |


8. Условие переключения АВР: при отклонения напряжения более допустимых по
   ОСТ пределов.

       Опросная карта (лист), для оформления заказа на шкаф ШВР2.

   1. номинальное напряжение вводов сети 380В.
   2. Номинальный ток вводного автомата (А): 6, 6, 10.
   3. Количество вводов: а) от сети: - .
                                             б) от дизельной
электростанции: - .
   4. Тип дизельной электростанции: - .
   5. Необходимость предусматривать АВР для включения АДЭС: - .
   6. Необходимость контролирующих приборов:
      А. Амперметры: да, на каждом вводе.
      Б. Вольтметры: да, на каждом вводе.
   7. Количество автоматических выключателей потребителей:
|Ток,А            |Хоз: 6 А         |Осв: 6 А         |Вх.выпр: 10 А    |
|1ф               |                 |3                |                 |
|3ф               |1                |                 |1                |


   8. Условие переключения АВР: при отклонения напряжения более допустимых
      по ОСТ пределов.

       5.Вычисление усредненного значения годового потребления электрической
энергии и ожидаемой стоимости энергопотребления.
       [pic] Вт
       [pic] рублей.

       6.Укрупненный расчет блока или модуля выпрямительного устройства.
       (инвертор напряжения).
       Блок-схема современного выпрямителя.

   Выпрямитель содержит:
   А.  Блок сетевых  выпрямителей (БСВ), коммутируемый по входу
 автоматическим выключателем Q1. Диодное звено В1 выполняет первичное
 преобразование напряжения сети в пульсирующее напряжение Ud1.
 Вспомогательный маломощный выпрямитель Вдоп обеспечивает стабилизированным
 напряжением питания элементы систем управления.
   Б. Корректор коэффициента мощности (ККМ), выполняющий функции активного
 фильтра тока сети, повышения, фильтрации и стабилизации напряжения  U01 на
 выходе ККМ.
   В. Инвертор напряжения (И), преобразующий постоянное напряжение U01 в
 знакопеременное напряжение высокой частоты U1  с управляемой длительностью
 импульсов.
   Г. Высокочастотный понижающий трансформатор (Т), обеспечивающий
 согласование уровней напряжения и гальваническую развязку цепей входа и
 выхода выпрямителя.
   Д. Выходной выпрямитель В2 с индуктивно-емкостным фильтром напряжения
 пульсаций.
   Е. Управляющие схемы корректора мощности  (К1) и инвертора напряжения
 (К2). Схемы содержат буферные усилители мощности импульсов управления
 транзисторами (драйверы) и элементы обратной связи по току и напряжению.
   На выходе инвертора диаграмма будет иметь следующий вид:

   На выходе трансформатора:

   На выходе В2:



   Расчитаем максимальные амплиудные показатели по току и напряжению:
   [pic]

    [pic]
   Найдем амплитуду первой гармоники на входе по напряжению:
   [pic]
   Поскольку нам известна Um(1)вых=5 мВ, то найдем [pic]
   Отсюда сделаем вывод:
   1.Увеличивая частоту, мы уменьшаем размеры LC.
   2.Импульсные методы передачи напряжения и регулирования (из схемы видно,
   что регулирование осуществляется в инверторе).

Мостовая схема инвертора.
Принцип работы:
Работа заключается в парной работе диодов (ключей), каждый раз включается
диагональная пара диодов (ключей) и в зависимости от полярности сигнала
формируется либо положптельный либо отрицательный импульсы (выходное
напряжение инвертора всегда импульсное)

Диоды 2 – 4 формируют положительную полуволну, а отрицательную 1 – 3.
Заключение.
В данной курсовой работе самостоятельно изучили и освоили принципы
построения ЭПУ телекоммуникационного узла связи. Произвели выбор питающей
аппаратуры в соответствии с предложенной документацией. И предоставили
подробное описание одного из блоков (инвертора) выпрямительного устройства.
Список литературы:
1. Козляев Ю.Д.СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО
УЗЛА
Задания и методические указания для курсовой работы для студентов,
обучающихся по направлению «Телекоммуникации» Новосибирск 2003г.
2. Лекции

-----------------------
ДГУ

Ввод 1

осв

Хоз.нагр

3

2

4

I0 ав.осв

I0 апп=20 A

I0 ин

3

I0 сум

I0 техн

U0=48 B

9

4

7

1

1

2

5

6

Возвращение реактивной мощности к источнику

I0 зар

S

Q

P

cos(

УЭПС-2 48/90 8-4    ЮПЗ «Промсвязь».


Cy2

 Функциональная схема выпрямителя с бестрансформаторным входом.

Cу1, Су2- схемы управления корректором коэффициента мощности и инвертора,

соответственно, Др- драйверы мощных транзисторов инвертора.

Q1

B1

KKM

И

T

B2

F

ДР

Cy2

OC(I)

OC(U)

Bдоп

Cy1

сеть

Rs

OC(U)

Рег I/U

Tu

U01

t

U

t

U

t

U

U0   выделяет фильтр

Т

Ти

E

t

I

Io ин   выделяет фильтр

Io max

Ти

Т

U,I

t

   1   2

 0???????????????????????


 3





смотреть на рефераты похожие на "Система бесперебойного электропитания телекоммуникационного узла "